Comment gérer en toute sécurité une charge de 220 volts en utilisant Arduino

Pour le système Smart Home, la tâche principale est de contrôler les appareils électroménagers à partir d'un appareil de contrôle, que ce soit un microcontrôleur de type Arduino, un micro-ordinateur de type Raspberry PI ou tout autre. Mais pour faire cela directement ne fonctionne pas, voyons comment gérer la charge 220 V avec Arduino.

Pour contrôler les circuits AC, le microcontrôleur ne suffit pas pour deux raisons:

1. À la sortie microcontrôleur un signal de tension constante est généré.

2. Le courant traversant la broche du microcontrôleur est généralement limité à 20-40 mA.

Nous avons deux options pour commuter en utilisant un relais ou en utilisant un triac. Le triac peut être remplacé par deux thyristors allumés en parallèle (c'est la structure interne du triac). Examinons cela de plus près.

220 contrôle de charge Dans utilisant un triac et un microcontrôleur

La structure interne du triac est illustrée dans l'image ci-dessous.

Le thyristor fonctionne comme suit: lorsqu'une tension de polarisation directe est appliquée au thyristor (plus à l'anode et moins à la cathode), aucun courant ne le traverse jusqu'à ce que vous appliquiez une impulsion de commande à l'électrode de commande.

J'ai écrit une impulsion pour une raison. Contrairement à un transistor, un thyristor est un commutateur semi-conducteur SEMI-CONTROLLED. Cela signifie que lorsque le signal de commande est supprimé, le courant à travers le thyristor continuera de circuler, c'est-à-dire il restera ouvert. Pour le fermer, vous devez interrompre le courant dans le circuit ou modifier la polarité de la tension appliquée.

Cela signifie que lorsque vous maintenez une impulsion positive sur l'électrode de commande, vous avez besoin d'un thyristor dans le circuit alternatif pour ne passer que la demi-onde positive. Le triac peut faire passer le courant dans les deux sens, mais parce que Il se compose de deux thyristors connectés l'un à l'autre.

Les impulsions de commande en polarité pour chacun des thyristors internes doivent correspondre à la polarité de la demi-onde correspondante, uniquement lorsque cette condition est remplie, un courant alternatif traversera le triac. En pratique, un tel schéma est mis en œuvre en commun contrôleur de puissance triac.

Comme je l'ai déjà dit, le microcontrôleur génère un signal d'une seule polarité, afin de coordonner le signal dont vous avez besoin pour utiliser un pilote construit sur une optosymistor.

Ainsi, le signal allume la LED interne de l'optocoupleur, il ouvre le triac, qui fournit le signal de commande au triac de puissance T1. En tant que pilote optique, le MOC3063 et similaires peuvent être utilisés, par exemple, la photo ci-dessous montre le MOC3041.

Circuit de passage à zéro - Circuit de détection de passage à phase nulle. Il est nécessaire pour la mise en œuvre de différents types de régulateurs triac sur un microcontrôleur.

Si le circuit est également sans pilote optique, où la coordination est organisée à travers un pont de diodes, mais en lui, contrairement à la version précédente, il n'y a pas d'isolation galvanique. Cela signifie qu'à la première surtension, le pont peut traverser et une haute tension sera à la sortie du microcontrôleur, ce qui est mauvais.

Lorsque vous allumez / éteignez une charge puissante, en particulier de nature inductive, comme les moteurs et les électro-aimants, des surtensions se produisent, vous devez donc installer un circuit RC amortisseur en parallèle avec tous les dispositifs semi-conducteurs.

Relais et Unrduino

Pour contrôler les relais avec UnRduino doit utiliser un transistor supplémentaire pour amplifier le courant.

Veuillez noter que nous avons utilisé un transistor bipolaire à conductivité inverse (structure NPN), il peut s'agir d'un KT315 domestique (bien-aimé et bien connu de tous). La diode est nécessaire pour supprimer les surtensions de la FEM de l'auto-induction dans l'inductance, cela est nécessaire pour que le transistor ne tombe pas en panne à partir d'une tension appliquée élevée.Pourquoi cela se produira expliquera la loi de commutation: "Le courant dans l'inductance ne peut pas changer instantanément."

Et lorsque le transistor est fermé (suppression de l'impulsion de commande), l'énergie du champ magnétique accumulée dans la bobine de relais doit aller quelque part, c'est pourquoi la diode inverse est installée. Encore une fois, je note que la diode est connectée dans le sens RETOUR, c'est-à-dire cathode au positif, anode au négatif.

Vous pouvez assembler un tel schéma vous-même, ce qui est beaucoup moins cher, et vous pouvez utiliser relaisnominale pour toute tension constante.

Ou achetez un module prêt à l'emploi ou un bouclier complet avec un relais pour Arduino:

La photo montre un bouclier fait maison, d'ailleurs, il a utilisé le KT315G pour amplifier le courant, et ci-dessous vous voyez le même bouclier fabriqué en usine:

Ce sont des blindages à 4 canaux, c'est-à-dire vous pouvez inclure jusqu'à quatre lignes de 220 V. En détail sur les blindages et les relais, nous avons déjà publié un article sur le site - Boucliers utiles pour Arduino

Le schéma de connexion de la charge à une tension de 220 V à Arduino via un relais:

Conclusion

La gestion sûre de la charge CA signifie avant tout sécurité du microcontrôleur toutes les informations décrites ci-dessus sont valables pour tout microcontrôleur, pas seulement la carte Arduino.

La tâche principale est de fournir la tension et le courant nécessaires pour contrôler le triac ou le relais et l'isolement galvanique des circuits de commande et du circuit d'alimentation CA.

En plus de la sécurité du microcontrôleur, vous vous assurez ainsi de ne pas recevoir de décharge électrique lors de la maintenance. Lorsque vous travaillez avec une tension élevée, vous devez suivre toutes les règles de sécurité, respecter les PUE et PTEEP.

Ces schémas peuvent être utilisés et pour contrôler les démarreurs et contacteurs puissants. Les triacs et les relais agissent dans ce cas comme un amplificateur intermédiaire et un coordinateur de signal. Sur les appareils de commutation puissants, les grands courants de commande des bobines dépendent également directement de la puissance du contacteur ou du démarreur.